DE112013001790T5 - Vibration control in data storage units - Google Patents

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Abstract

Bereitgestellt werden Datenspeichereinheiten (1), in denen eine Spurführung in der Lage ist, Vibrationsauswirkungen entgegenzuwirken. Eine Speichereinheit weist ein Gehäuse (2) der Einheit und einen Lese/Schreib-Kopf (6) zum Lesen und Schreiben von Daten auf einer Datenspur (10) eines Speichermediums (5) auf, das im Gebrauch von dem Gehäuse der Einheit getragen wird. Ein Stellgliedsystem (7) ist am Gehäuse (2) der Einheit angebracht, um eine Bewegung des Lese/Schreib-Kopfs (6) im Verhältnis zur Datenspur (10) zu bewirken, um den Kopf an der Datenspur auszurichten. Das Stellgliedsystem (7) weist eine Vielzahl von Freiheitsgraden zum Bewirken der Bewegung auf, und eine Steuereinheit (12) steuert das Stellgliedsystem (7), um die Bewegung zu bewirken. Am Gehäuse (2) der Einheit wird mindestens ein Gehäuse-Vibrationssensor (8) bereitgestellt, um ein Signal zu erzeugen, das Vibrationen des Gehäuses anzeigt. Am Stellgliedsystem (7) wird mindestens ein Stellgliedsystem-Vibrationssensor (9) bereitgestellt, um ein Signal zu erzeugen, das Vibrationen des Stellgliedsystems anzeigt. Die Steuereinheit (12) ist in der Lage, die Signale von dem Gehäuse- und dem Stellglied-Vibrationssensor (8, 9) zu verarbeiten, um mindestens ein Kopplungssignal abzuleiten, das eine Vibrationskopplung zwischen den Freiheitsgraden anzeigt, und um das Stellgliedsystem (7) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Kopplungssignal und dem Signal von dem mindestens einen Gehäuse-Vibrationssensor (8) zu steuern.Data storage units (1) are provided in which a track guidance system is able to counteract the effects of vibrations. A storage unit comprises a housing (2) of the unit and a read / write head (6) for reading and writing data on a data track (10) of a storage medium (5) which, in use, is carried by the housing of the unit. An actuator system (7) is mounted on the housing (2) of the unit to cause movement of the read / write head (6) relative to the data track (10) to align the head with the data track. The actuator system (7) has a plurality of degrees of freedom to effect movement, and a control unit (12) controls the actuator system (7) to effect movement. At least one housing vibration sensor (8) is provided on the housing (2) of the unit in order to generate a signal which indicates vibrations of the housing. At least one actuator system vibration sensor (9) is provided on the actuator system (7) to generate a signal indicative of vibrations of the actuator system. The control unit (12) is able to process the signals from the housing and actuator vibration sensors (8, 9) in order to derive at least one coupling signal which indicates a vibrational coupling between the degrees of freedom and to the actuator system (7) as a function of the at least one coupling signal and the signal from the at least one housing vibration sensor (8).

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vibrationssteuerung in Datenspeichereinheiten und insbesondere auf eine Spurführung unter Vibrationsbedingungen in solchen Einheiten. Bereitgestellt werden Datenspeichereinheiten, in denen eine Spurführung in der Lage ist, den Auswirkungen von Vibrationen entgegenzuwirken.This invention relates generally to vibration control in data storage units, and more particularly to tracking under vibration conditions in such units. Provided are data storage units in which tracking is capable of counteracting the effects of vibration.

In Datenspeichereinheiten wie beispielsweise Bandlaufwerken und Plattenlaufwerken bewirkt ein Stellgliedsystem eine Bewegung des Lese/Schreib-Kopfs im Verhältnis zu einer Datenspur des Speichermediums, um den Kopf an der Datenspur auszurichten. Ein Servosteuerungssystem nutzt von dem Speichermedium gelesene Servodaten, um das Stellgliedsystem so zu steuern, dass eine Kopf/Spur-Ausrichtung während des Betriebs aufrechterhalten wird. In Bandlaufwerken korrigiert das Servosteuerungssystem beispielsweise die Querposition des Kopfs im Verhältnis zu den auf dem Band in Längsrichtung verlaufenden Datenspuren sowie die Drehpositionierung, um dem Schräglauf zwischen Kopf und Band entgegenzuwirken. Ein zuverlässiger Betrieb solcher Speichereinheiten erfordert eine stabile Funktion des Servosteuerungssystems unter Vibrationsbedingungen. Üblicherweise werden Standardvibrationsprofile verwendet, um die Vibrationsspezifikationen hinsichtlich des Auftretens von Beschleunigungen zu beschreiben, unter dem die Speichereinheit weiterhin zuverlässig funktionieren muss. Die Nachfrage nach höheren Speicherdichten macht es zunehmend schwieriger, die Funktionsspezifikationen unter Vibrationsbedingungen zu erfüllen. Beispielsweise führt in Bandlaufwerken die zunehmende Dichte der Bandspuren zu einer weiteren Verengung der Toleranz beim zulässigen Spurfolgefehler während Lese/Schreib-Vorgängen, sodass eine verbesserte Spurfolgefunktion benötigt wird, um den zusätzlichen Spurfolgespielraum zu erhalten, der für einen zuverlässigen Bandbetrieb unter Vibrationsbedingungen mindestens erforderlich ist.In data storage devices such as tape drives and disk drives, an actuator system effects movement of the read / write head relative to a data track of the storage medium to align the head to the data track. A servo control system utilizes servo data read from the storage medium to control the actuator system to maintain head / track alignment during operation. In tape drives, for example, the servo control system corrects the lateral position of the head relative to the longitudinal tracks on the tape, as well as rotational positioning, to counteract skew between head and tape. Reliable operation of such storage units requires stable operation of the servo control system under vibration conditions. Typically, standard vibration profiles are used to describe the vibration specifications for the occurrence of accelerations under which the memory unit must continue to function reliably. The demand for higher storage densities makes it increasingly difficult to meet the functional specifications under vibration conditions. For example, in tape drives, the increasing density of the tape tracks further narrows the allowable tracking error tolerance during read / write operations, so that an improved tracking function is needed to provide the additional tracking margin that is at least required for reliable tape operation under vibration conditions.

Derzeit gibt es zwei Haupttechniken zum Verbessern der Spurfolgefunktion in Vibrationsumgebungen. Eine erste bei Bandlaufwerken verwendete Technik arbeitet mit einem Umschalten zwischen zwei Spurfolge-Steuereinheiten. Eine Steuereinheit mit hoher Bandbreite weist bessere Leistungen während Vibrationen auf, ist während des Normalbetriebs jedoch weniger zuverlässig. Deshalb schaltet das Bandlaufwerk beim Erkennen einer Vibration von einer Steuereinheit mit niedriger Bandbreite auf eine Steuereinheit mit höherer Bandbreite um. Die Hauptnachteile dieses Konzepts bestehen darin, dass es auf dem Erkennen des Einsetzens einer Vibration beruht und dass es ein Übergangsverhalten während des Umschaltens zwischen den beiden Steuereinheiten gibt. Aufgrund des gemischten Steuerungskonzepts ist es auch schwierig, Stabilität und Funktionsstärke zu bewerten.Currently, there are two main techniques for improving the tracking function in vibration environments. A first technique used with tape drives involves switching between two tracking controllers. A high bandwidth controller has better performance during vibration, but is less reliable during normal operation. Therefore, upon detection of vibration, the tape drive switches from a low bandwidth controller to a higher bandwidth controller. The main drawbacks of this concept are that it relies on detecting the onset of vibration and that there is transient behavior during switching between the two control units. Due to the mixed control concept, it is also difficult to evaluate stability and functional strength.

Eine zweite Technik zum Behandeln von Vibrationsbedingungen verwendet Beschleunigungsmesser, um die einwirkenden Vibrationen zu messen. Einige Umsetzungen dieser Technik nutzen einen Beschleunigungsmesser, der an das Stellglied am Kopf angebracht ist, beispielsweise in den Plattenlaufwerken, die in den US-Patentschriften Nr. 6 407 876 und 5 426 545 beschrieben sind. Andere Umsetzungen dieser Technik verwenden Beschleunigungsmesser, die am Gehäuse statt am Stellglied des Laufwerks angebracht sind. Beispiele sind in der US-Patentschrift Nr. 7 468 857 und in „Increased disturbance rejection in magnetic disk drives by acceleration feedforward control and parameter adaptation”, White und Tomizuka, Control Eng. Practice, Band 5, Nr. 6, S. 741 bis 751, 1997, beschrieben. Hier werden die Daten des Beschleunigungsmessers in einer Steuereinheit mit Vorwärtssteuerung genutzt, um die Position des Stellglieds zu korrigieren.A second technique for dealing with vibration conditions uses accelerometers to measure the applied vibrations. Some implementations of this technique use an accelerometer attached to the actuator on the head, for example in the disk drives incorporated in the U.S. Pat. No. 6,407,876 and 5,426,545 are described. Other implementations of this technique use accelerometers mounted on the housing rather than on the actuator of the drive. Examples are in the U.S. Patent No. 7,468,857 and in "Increased disturbance rejection in magnetic disk drives by acceleration feedforward control and parameter adaptation", White and Tomizuka, Control Eng. Practice, Vol. 5, No. 6, pp. 741-751, 1997. Here, the data of the accelerometer is used in a control unit with feedforward control to correct the position of the actuator.

Gemäß einer Ausführungsform eines Aspekts der Erfindung wird eine Datenspeichereinheit bereitgestellt, die aufweist:
ein Gehäuse der Einheit;
einen Lese/Schreib-Kopf zum Lesen und Schreiben von Daten auf einer Datenspur eines Speichermediums, das im Gebrauch von dem Gehäuse der Einheit getragen wird;
ein an das Gehäuse der Einheit angebrachtes Stellgliedsystem zum Bewirken einer Bewegung des Lese/Schreib-Kopfs im Verhältnis zur Datenspur, um den Kopf an der Datenspur auszurichten, wobei das Stellgliedsystem eine Vielzahl von Freiheitsgraden zum Bewirken der Bewegung aufweist;
eine Steuereinheit zum Steuern des Stellgliedsystems, um die Bewegung zu bewirken;
mindestens einen am Gehäuse der Einheit bereitgestellten Gehäuse-Vibrationssensor, um ein Signal zu erzeugen, das Vibrationen des Gehäuses anzeigt; und
mindestens einen am Stellgliedsystem bereitgestellten Stellgliedsystem-Vibrationssensor, um ein Signal zu erzeugen, das Vibrationen des Stellgliedsystems anzeigt;
wobei die Steuereinheit in der Lage ist, die Signale von dem Gehäuse- und dem Stellglied-Vibrationssensor zu verarbeiten, um mindestens ein Kopplungssignal abzuleiten, das eine Vibrationskopplung zwischen den Freiheitsgraden anzeigt, und um das Stellgliedsystem in Abhängigkeit von dem mindestens einen Kopplungssignal und dem Signal von dem mindestens einen Gehäuse-Vibrationssensor zu steuern.
According to an embodiment of an aspect of the invention, there is provided a data storage unit comprising:
a housing of the unit;
a read / write head for reading and writing data on a data track of a storage medium that in use is carried by the housing of the device;
an actuator system mounted to the housing of the unit for effecting movement of the read / write head relative to the data track to align the head with the data track, the actuator system having a plurality of degrees of freedom for effecting movement;
a control unit for controlling the actuator system to effect the movement;
at least one housing vibration sensor provided on the housing of the unit to generate a signal indicative of vibrations of the housing; and
at least one actuator system vibration sensor provided to the actuator system to generate a signal indicative of vibrations of the actuator system;
wherein the control unit is capable of processing the signals from the housing and the actuator vibration sensor to derive at least one coupling signal indicative of a vibration coupling between the degrees of freedom and the actuator system in response to the at least one coupling signal and the signal to control the at least one housing vibration sensor.

Speichereinheiten, in denen diese Erfindung verkörpert ist, verwenden Sensoren, beispielsweise Beschleunigungsmesser, sowohl am Gehäuse der Einheit als auch am Stellgliedsystem. Die Signale von diesen Sensoren, die Vibrationen des Gehäuses der Einheit bzw. des Stellgliedsystems anzeigen, werden von der Steuereinheit verarbeitet, um mindestens ein Kopplungssignal zu erhalten, das eine Vibrationskopplung zwischen verschiedenen Freiheitsgraden des Stellgliedsystems anzeigt. Dieses Kopplungssignal wird dann von der Steuereinheit zusammen mit dem oder den Vibrationssignal(en) des Gehäuses verwendet, um das Stellgliedsystem so zu steuern, dass die Kopf/Spur-Ausrichtung bewirkt wird. Dies wird, wie weiter unten ausführlicher erörtert, in geeigneter Weise über ein Konzept einer kombinierten Vorwärtssteuerung umgesetzt. Auf diese Weise können in Ausführungsformen dieser Erfindung Kopplungswirkungen zwischen den verschiedenen Freiheitsgraden des Stellgliedsystems geschätzt und vom Servosteuerungssystem berücksichtigt werden. Beispielsweise können auf diese Weise Kopplungswirkungen zwischen dem auf die Querposition und dem auf den Schräglauf bezogenen Freiheitsgrad in Bandlaufwerken geschätzt und in geeigneter Weise durch die Spurfolge-Steuereinheit behandelt werden. Infolgedessen kann eine verbesserte Spurfolgefunktion unter Vibrationsbedingungen erreicht werden, die einen zuverlässigeren Betrieb bei erhöhten Speicherdichten ermöglicht.Memory units embodying this invention use sensors, such as accelerometers, both on the housing of the Unit as well as on the actuator system. The signals from these sensors, which indicate vibrations of the housing of the unit or the actuator system, are processed by the control unit to obtain at least one coupling signal indicative of a vibratory coupling between different degrees of freedom of the actuator system. This coupling signal is then used by the controller together with the vibration signal (s) of the housing to control the actuator system to effect head / track alignment. This, as discussed in more detail below, is suitably implemented via a combined feed-forward control concept. In this way, in embodiments of this invention, coupling effects between the various degrees of freedom of the actuator system may be estimated and taken into account by the servo control system. For example, coupling effects between the degree of freedom related to the lateral position and the skew in tape drives can be estimated and appropriately handled by the tracking control unit. As a result, an improved tracking function can be achieved under vibration conditions that allow for more reliable operation at increased storage densities.

Das Gehäuse der Einheit, an dem der oder die Vibrationssensor(en) bereitgestellt werden, weist den Hauptteil der Einheit auf, im Verhältnis zu dem das Stellgliedsystem die Kopf/Spur-Ausrichtungsbewegung bewirkt. Selbstverständlich kann das Gehäuse selbst eine Anzahl von Bestandteilen aufweisen, beispielsweise einen Rahmen und/oder umschließende Elemente zusammen mit verschiedenen anderen im Wesentlichen ortsfesten Bauteilen, im Verhältnis zu denen der Kopf und/oder das Speichermedium zum Steuern der Ausrichtung bewegt werden.The housing of the unit on which the vibration sensor (s) are provided has the major part of the unit relative to which the actuator system effects the head / track alignment movement. Of course, the housing itself may include a number of components, such as a frame and / or enclosing elements, along with various other substantially stationary components relative to which the head and / or storage medium are moved to control alignment.

Die verschiedenen Freiheitsgrade der Bewegung des Stellgliedsystems hängen im Allgemeinen von der jeweiligen Art und der Ausgestaltung der Speichereinheit, des Speichermediums, des Kopfs und des Stellgliedsystems ab. Die jeweilige Anzahl und Anordnung von Vibrationssensoren, die in einem bestimmten System verwendet werden, hängen ebenfalls von der Ausgestaltung des Systems ab. In einem Bandlaufwerk, das für die Kopf/Band-Ausrichtungsbewegung Translations- und Rotationsfreiheitsgrade aufweist, kann ein einziger Sensor jeweils am Gehäuse und Stellgliedsystems ausreichen, wie weiter unten erläutert werden wird. Zusätzliche Sensoren könnten in Systemen mit nur zwei Freiheitsgraden jedoch beispielsweise zum Zweck einer verbesserten Genauigkeit/Mittelung oder zum Erkennen unterschiedlicher Bewegungen in verschiedenen Dimensionen verwendet werden. Systeme mit mehr als zwei Freiheitsgraden und zusätzlichen Kopplungswirkungen können zusätzliche Sensoren verwenden, um diesen zusätzlichen Parametern Rechnung zu tragen. Die jeweilige Art und Weise, in der die Sensorsignale von Gehäuse und Stellglied verarbeitet werden, um das oder die gewünschten Kupplungssignal(e) abzuleiten, können dementsprechend verschieden sein. Die grundlegenden Funktionsprinzipien von Einheiten, in denen die Erfindung verkörpert ist, gehen jedoch aus der hier vorliegenden Beschreibung hervor, und geeignete Umsetzungen für ein bestimmtes System werden für den Fachmann ohne Weiteres ersichtlich sein.The various degrees of freedom of movement of the actuator system generally depend on the particular type and configuration of the storage unit, the storage medium, the head, and the actuator system. The particular number and arrangement of vibration sensors used in a particular system also depends on the design of the system. In a tape drive having translational and rotational degrees of freedom for the head / tape alignment movement, a single sensor on the housing and actuator system may be sufficient, as will be explained below. However, additional sensors could be used in systems with only two degrees of freedom, for example, for the purpose of improved accuracy / averaging or detecting different motions in different dimensions. Systems with more than two degrees of freedom and additional coupling effects may use additional sensors to accommodate these additional parameters. The particular manner in which the sensor signals from the housing and actuator are processed to derive the desired coupling signal (s) may accordingly be different. However, the basic functional principles of units embodying the invention will be apparent from the description herein, and suitable implementations for a particular system will be readily apparent to those skilled in the art.

Das Stellgliedsystem kann im Allgemeinen einen oder mehrere Stellgliedmechanismen aufweisen, aus denen dieses System besteht, beispielsweise zum Bewegen des Kopfs und/oder Speichermediums mit unterschiedlichen Genauigkeitsgraden in einem bestimmten Freiheitsgrad für den Ausrichtungsvorgang. Beispielsweise können für eine bestimmte Dimension grobe und feine Stellgliedmechanismen bereitgestellt werden. Grundsätzlich könnte das Stellgliedsystem den Kopf und/oder das Speichermedium bewegen, um die Kopf/Spur-Ausrichtung zu bewirken. Üblicherweise ist der Lese/Schreib-Kopf jedoch am Stellgliedsystem angebracht, und die relative Bewegung für die Kopf/Spur-Ausrichtung wird zumindest teilweise durch die Bewegung des Kopfs ausgeführt. Für eine gute Abschätzung der Kopplung zwischen verschiedenen Freiheitsgraden beinhaltet die Einheit in diesem Fall vorzugsweise einen ersten Stellglied-Vibrationssensor, der so angeordnet ist, dass er die Vibrationen des Stellgliedsystems erkennt, die auf den Kopf übertragen wird. Dieser Sensor stellt somit ein gutes Maß der vom Kopf erfahrenen Vibrationen bereit. Die Einheit beinhaltet vorzugsweise auch einen ersten Gehäuse-Vibrationssensor, der sich am Gehäuse im Bereich des Kopfs befindet, um die Vibrationen des Gehäuses zu erkennen, welche auf den Kopf übertragen werden. Dieser Sensor stellt somit ein gutes Maß der einwirkenden Vibrationen bereit. Wie weiter oben angedeutet, können gegebenenfalls abhängig von der Ausgestaltung der Einheit weitere Sensoren, bereitgestellt werden.The actuator system may generally include one or more actuator mechanisms that make up this system, for example, for moving the head and / or storage medium with different degrees of accuracy in a particular degree of freedom for the alignment process. For example, coarse and fine actuator mechanisms may be provided for a given dimension. In principle, the actuator system could move the head and / or storage medium to effect head / track alignment. Usually, however, the read / write head is mounted on the actuator system, and the relative movement for the head / track alignment is performed at least in part by the movement of the head. In this case, for a good estimate of the coupling between different degrees of freedom, the unit preferably includes a first actuator vibration sensor arranged to detect the vibrations of the actuator system being transmitted to the head. This sensor thus provides a good level of vibration experienced by the head. The unit preferably also includes a first housing vibration sensor located on the housing in the region of the head to detect the vibrations of the housing which are transmitted to the head. This sensor thus provides a good measure of the applied vibrations. As indicated above, additional sensors may optionally be provided depending on the configuration of the unit.

Die Steuereinheit kann in der Lage sein, ein Kopplungssignal in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Signal von dem Stellglied-Vibrationssensor und dem Signal von dem Gehäuse-Vibrationssensor abzuleiten. Ein solches Kopplungssignal kann von dieser Differenz direkt oder indirekt abhängen, beispielsweise über eine direkte Subtraktion von Signalen oder nach einem Verarbeiten der Signale in irgendeiner Weise. In bevorzugten Ausführungsformen weist die Steuereinheit eine Vorwärtssteuerungslogik zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern des Stellgliedsystems auf, wobei die Steuerungslogik in der Lage ist, eine erste Korrektur auf das Steuersignal abhängig von dem Signal von einem Gehäuse-Vibrationssensor und eine zweite Korrektur des Steuersignals abhängig von einem Kopplungssignal anzuwenden.The control unit may be capable of deriving a coupling signal in response to the difference between the signal from the actuator vibration sensor and the signal from the housing vibration sensor. Such a coupling signal may depend directly or indirectly on this difference, for example via direct subtraction of signals or after processing the signals in some way. In preferred embodiments, the control unit includes feedforward logic for generating a control signal for controlling the actuator system, the control logic being capable of providing a first correction to the control signal in response to the signal from a housing vibration sensor and a second Apply correction of the control signal depending on a coupling signal.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, auf denen:Preferred embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

1 eine schematische Darstellung eines Bandlaufwerks ist, in dem die Erfindung verkörpert ist; 1 is a schematic representation of a tape drive embodying the invention;

2 die beiden Freiheitsgrade der Bewegung für die Kopf/Band-Ausrichtung in dem Bandlaufwerk von 1 zeigt; 2 the two degrees of freedom of movement for the head / tape alignment in the tape drive of 1 shows;

3 eine schematische Darstellung eines Servosteuerungssystems in dem Bandlaufwerk ist; 3 Fig. 12 is a schematic illustration of a servo control system in the tape drive;

4 die Kopplung zwischen den beiden Freiheitsgraden in dem Spurfolge-Steuerungssystem veranschaulicht; 4 illustrates the coupling between the two degrees of freedom in the tracking control system;

5 die Frequenzgänge der Stellgliedmechanismen für jeden Freiheitsgrad darstellt; 5 represents the frequency responses of the actuator mechanisms for each degree of freedom;

6a und 6b Ergebnisse von Messungen an dem Laufwerk unter Vibrationsbedingungen darstellen; 6a and 6b Show results of measurements on the drive under vibration conditions;

7 eine schematische Darstellung eines Querposition-Steuerungssystems für das Laufwerk von 1 ist; 7 a schematic representation of a transverse position control system for the drive of 1 is;

8 Messungen von Vibrationssensoren darstellt, die in dem Laufwerk von 1 verwendet werden; und 8th Measurements of vibration sensors present in the drive of 1 be used; and

9 Ergebnisse zeigt, die mit dem Steuerungssystem von 7 erhalten wurden. 9 Results shows that with the control system of 7 were obtained.

1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines beispielhaften Bandlaufwerks, in dem die Erfindung verkörpert ist, und stellt wesentliche Elemente dar, die an der zu beschreibenden Funktion beteiligt sind. Das Laufwerk 1 weist ein Laufwerkgehäuse 2 mit einem Schlitz 3 zum Einlegen einer Bandkassette auf, die schematisch in 4 angedeutet ist. Im Betrieb befördert ein (nicht dargestelltes) Magnetband- und Bandführungssystem das Magnetband 5 von der Kassette 4 an einem Lese/Schreib-Kopf 6 vorbei, um Daten auf den in Längsrichtung verlaufenden Datenspuren auf dem Band zu lesen und zu schreiben. Der Lese/Schreib-Kopf 6 ist an einem Stellgliedsystem 7 angebracht, das seinerseits am Gehäuse 2 der Einheit angebracht ist. In dem Laufwerk 1 werden zwei Vibrationssensoren zum Erkennen von Vibrationen im Betrieb bereitgestellt. Ein Gehäuse-Vibrationssensor in Form des Beschleunigungsmessers 8 ist am Laufwerkgehäuse 2 angebracht, um ein Signal zu erzeugen, das Vibrationen des Laufwerkgehäuses anzeigt. Ein Stellglied-Vibrationssensor in Form des Beschleunigungsmessers 9 ist am Stellgliedsystem 7 angebracht, um ein Signal zu erzeugen, das Vibrationen des Stellgliedsystems anzeigt. Anordnung und Funktion der Beschleunigungsmesser 8, 9 werden weiter unten noch ausführlicher erörtert. 1 Figure 10 is a simplified schematic illustration of an exemplary tape drive embodying the invention and illustrates essential elements involved in the function to be described. The drive 1 has a drive cage 2 with a slot 3 for inserting a tape cassette, which is schematically in 4 is indicated. In operation, a magnetic tape and tape guiding system (not shown) carries the magnetic tape 5 from the cassette 4 at a read / write head 6 past to read and write data on the longitudinal data tracks on the tape. The read / write head 6 is on an actuator system 7 attached, which in turn on the housing 2 the unit is attached. In the drive 1 Two vibration sensors are provided for detecting vibrations during operation. A housing vibration sensor in the form of the accelerometer 8th is on the drive cage 2 attached to generate a signal indicating vibrations of the drive housing. An actuator vibration sensor in the form of the accelerometer 9 is on the actuator system 7 mounted to produce a signal indicative of vibrations of the actuator system. Arrangement and function of the accelerometer 8th . 9 will be discussed in more detail below.

Das Stellgliedsystem 7 von Laufwerk 1, das beispielsweise auf einem Magnetbandlaufwerk LTO (linear Tape Open) von IBM oder einem unternehmensspezifischen Magnetbandlaufwerk beruhen kann, weist zwei Freiheitsgrade zum Bewirken einer Bewegung des Kopfs 6 im Verhältnis zum Band 5 auf, um den Kopf an einer Datenspur auszurichten. (IBM ist eine Marke der International Business Machines Corporation). Insbesondere ist das Stellgliedsystem 7 funktionsmäßig in der Lage, eine Translationsbewegung des Kopfs 6 in einer Querrichtung im Verhältnis zu der in Längsrichtung verlaufenden Datenspur zu bewirken und ebenso eine Drehbewegung des Kopfs 6, um dem Schräglauf zwischen dem Kopf und dem Band entgegenzuwirken. Dies wird schematisch in 2 veranschaulicht, die den Kopf 6 im Verhältnis zu einer in Längsrichtung verlaufenden Datenspur 10 auf dem Band 5 darstellt. (In der Praxis enthält der Kopf 6 üblicherweise mehrere Lese/Schreib-Elemente für gleichzeitige Lese/Schreib-Vorgänge auf mehreren parallelen Datenspuren auf dem Band 5. Um das zu beschreibende System zu verstehen, reicht es jedoch aus, die Funktion in Bezug auf eine einzige Spur zu betrachten.) Die Translationsbewegung durch das Stellgliedsystem justiert die Querposition des Kopfs senkrecht zur Datenspur. Die Drehbewegung justiert den Winkel θ zwischen der Kopfausrichtung und der Querrichtung des Bands, um den zwischen dem Kopf und dem Band im Betrieb auftretenden Schräglauf zu beheben. Der Schräglaufwinkel θ ist im Betrieb idealerweise gleich null. Die Justierungen von Querposition und Drehung (Schräglauf) werden durch jeweilige Stellglieder des Stellgliedsystems 7 zum Bewegen des Kopfs 6 bewirkt. Die einzelnen Stellgliedmechanismen entsprechen einer allgemein bekannten Form, und viele von ihnen weisen mehrere Stellglieder auf, die unterschiedliche Grade einer Bewegungsgenauigkeit bereitstellen. Das Querposition-Stellglied weist zum Beispiel üblicherweise ein Grobstellglied und ein Feinstellglied für Grob- bzw. Feinjustierungen auf.The actuator system 7 from drive 1 For example, which may be based on an IBM Linear Tape Open (LTO) tape drive or a proprietary magnetic tape drive, has two degrees of freedom for effecting movement of the head 6 in relation to the band 5 to align the head with a data track. (IBM is a trademark of International Business Machines Corporation). In particular, the actuator system 7 functionally capable of translating the head 6 in a transverse direction relative to the longitudinal data track and also a rotational movement of the head 6 to counteract the skew between the head and the belt. This is shown schematically in 2 that illustrates the head 6 relative to a longitudinal data track 10 on the tape 5 represents. (In practice, the head contains 6 usually multiple read / write elements for simultaneous read / write operations on multiple parallel data tracks on the tape 5 , However, to understand the system to be described, it is sufficient to consider the function with respect to a single track.) The translational motion through the actuator system adjusts the transverse position of the head perpendicular to the data track. The rotational movement adjusts the angle θ between the head alignment and the transverse direction of the belt to eliminate the skew occurring between the head and belt during operation. The slip angle θ is ideally zero during operation. The adjustments of transverse position and rotation (skew) are made by respective actuators of the actuator system 7 to move the head 6 causes. The individual actuator mechanisms correspond to a well-known shape, and many of them have multiple actuators that provide different degrees of motion accuracy. The transverse position actuator, for example, usually has a coarse actuator and a fine actuator for coarse and fine adjustments.

Das Laufwerk 1 beinhaltet ein Servosteuerungssystem zum Steuern des Stellgliedsystems 7 (nachfolgend einfach als das „Stellglied” bezeichnet), um eine geeignete Bewegung des Kopfs 6 zu bewirken, sodass die Kopf/Spur-Ausrichtung aufrechterhalten wird. Das Servosteuerungssystem ist schematisch in 3 dargestellt. Während Lese/Schreib-Vorgängen lesen Servosensoren am Kopf 6 Daten, die in starr zugeordneten Servospuren auf dem Band 5 aufgezeichnet sind. Die sich daraus ergebenden Servolesesignale werden von einer Servosteuereinheit 12 empfangen, die eine Steuerungslogik zum Umsetzen der Querposition- und der Schräglauf-Steuerungsfunktionen aufweist. Die Servosteuereinheit 12 in dieser Darstellung beinhaltet den Servokanal zum Verarbeiten der Servolesesignale, um Schätzungen des aktuellen Querpositionsfehlers und des Schräglaufwinkels von Band zu Kopf zu erhalten. Die Servosteuereinheit erzeugt dann Steuersignale uy und us zum Steuern des Stellglieds 7, um geeignete Korrekturen am Querposition- bzw. am Schräglauf-Freiheitsgrad zu bewirken.The drive 1 includes a servo control system for controlling the actuator system 7 (hereinafter simply referred to as the "actuator") to provide appropriate movement of the head 6 effect, so that the head / track alignment is maintained. The servo control system is shown schematically in FIG 3 shown. During read / write operations read servo sensors on the head 6 Data stored in rigidly assigned servo tracks on the tape 5 are recorded. The resulting servo read signals are from a servo control unit 12 received, which has a control logic for implementing the lateral position and the skew control functions. The servo control unit 12 in this illustration includes the servo channel for processing the servo read signals to obtain estimates of the current lateral position error and tape-to-head skew angle. The servo control unit then generates control signals u y and u s for controlling the actuator 7 to effect appropriate corrections to the lateral position and skew degrees of freedom, respectively.

In einem idealen System wären der Querposition- und der Schräglauf-Freiheitsgrad vollkommen unabhängig voneinander, wodurch die Bewegung in einer Dimension nicht durch die Bewegung in der anderen beeinflusst würde. Die Beschreibung der Eigenschaften eines in ein Laufwerk integrierten Stellglieds zeigt jedoch, dass eine Kopplung zwischen den beiden Freiheitsgraden besteht. Dies wird in 4 veranschaulicht, bei der es sich um eine schematische Darstellung der mechanischen Eigenschaften des Querposition-Steuerungssystems handelt. Hier stellt Ky die Übertragungsfunktion der Querposition(transversal position, TP-)Steuerungslogik dar, die durch den Block 20 der Servosteuereinheit 12 dargestellt ist. Die TP-Steuereinheit 20 empfängt ein Positionsfehlersignal (positional error signal, PES), das in der Servosteuereinheit 12 aus der gemessenen Querposition ym des Kopfs im Verhältnis zum Band, wie aus den Servolesesignalen abgeleitet, und der gewünschten oder Ziel-Querposition yt berechnet wird. Die Eigenschaften des Stellglieds 7, der das TP-Stellglied 21 und das Schräglauf-Stellglied 22 aufweist, sind in der Figur durch die vier mit Gyy, Gys, Gss und Gsy beschrifteten Blöcke dargestellt. Gyy stellt die Übertragungsfunktion des TP-Stellglieds 21 als Antwort auf das Querposition-Steuersignal uy von der TP-Steuereinheit 20 dar. Gys stellt die Übertragungsfunktion des TP-Stellglieds 21 als Antwort auf das Schräglauf-Steuersignal us dar, das von der Servosteuereinheit 12 in 3 erzeugt wird. Die positionsbezogenen Ausgaben der Blöcke Gyy und Gys werden summiert, um eine Querposition y zu erzeugen, die der Störung dy ausgesetzt ist, welche durch die seitliche Bandbewegung im Betrieb verursacht wird, um die endgültige Querposition des Kopfs im Verhältnis zum Band anzugeben. Die Eigenschaften des Schräglauf-Stellglieds 22 als Antwort auf die Steuersignale us und uy sind in ähnlicher Weise durch die Übertragungsfunktionen Gss und Gsy dargestellt, wobei sie einen Schräglaufwinkel θ ergeben, welcher der durch den Schräglauf des Bands bedingten Störung dθ ausgesetzt ist, um die endgültige Drehposition des Kopfs im Verhältnis zum Band zu erzeugen. Die schattierten Blöcke Gys und Gsy in dieser Figur stellen somit die Kopplungswirkungen im Stellglied 7 dar. Die verschiedenen Übertragungsfunktionen in 4 können durch geeignete Messungen innerhalb des Laufwerks gekennzeichnet werden, und die für diese Messungen erhaltenen Frequenzgänge in einem beispielhaften Laufwerk 1 sind in 5 dargestellt.In an ideal system, the lateral and slip degrees of freedom would be completely independent of each other, which would not affect movement in one dimension by movement in the other. However, the description of the characteristics of an actuator integrated in a drive shows that there is a coupling between the two degrees of freedom. This will be in 4 which is a schematic representation of the mechanical properties of the lateral position control system. Here, K y represents the transfer function of the transversal position (TP) control logic that passes through the block 20 the servo control unit 12 is shown. The TP control unit 20 receives a positional error signal (PES) stored in the servo control unit 12 is calculated from the measured lateral position y m of the head relative to the band, as derived from the servo signals, and the desired or target lateral position y t . The properties of the actuator 7 , which is the TP actuator 21 and the skew actuator 22 are shown in the figure by the four blocks labeled G yy , G ys , G ss and G sy . G yy represents the transfer function of the TP actuator 21 in response to the lateral position control signal u y from the TP control unit 20 G ys represents the transfer function of the TP actuator 21 in response to the skew control signal u s , that from the servo control unit 12 in 3 is produced. The positional outputs of the blocks G yy and G ys are summed to produce a lateral position y which is subject to the disturbance d y caused by the lateral belt movement in operation to indicate the final transverse position of the head relative to the belt. The characteristics of the skew actuator 22 in response to the control signals u s and u y are similarly represented by the transfer functions G ss and G sy , giving a slip angle θ which is subjected to the disturbance d θ due to the skew of the tape to determine the final rotational position of the Head in relation to the band to produce. The shaded blocks G ys and G sy in this figure thus represent the coupling effects in the actuator 7 dar. The various transfer functions in 4 can be identified by appropriate measurements within the drive, and the frequency responses obtained for these measurements in an exemplary drive 1 are in 5 shown.

Das Servosteuerungssystem im Laufwerk 1 muss so gestaltet sein, dass es im Betrieb auch beim Auftreten von Vibrationen voll funktionsfähig bleibt, beispielsweise aufgrund von außen einwirkender Vibrationen oder Stöße oder aufgrund des internen Betriebs von Teilen des Laufwerks selbst. Die in 1 gezeigten Beschleunigungsmesser 8, 9 werden zu diesem Zweck bereitgestellt, und die Ausgaben dieser Beschleunigungsmesser werden in einer besonderen Weise vom Servosteuerungssystem für eine hochwirksame Vibrationsunterdrückung genutzt. Die Funktionalität zur Vibrationsunterdrückung wird im Folgenden unter besonderer Bezugnahme auf die Querposition-Steuerung in dem Servosystem beschrieben.The servo control system in the drive 1 must be designed to remain fully operational during operation, even when vibrations occur, for example due to external vibration or impact or due to the internal operation of parts of the drive itself 1 shown accelerometer 8th . 9 are provided for this purpose and the outputs of these accelerometers are utilized in a particular way by the servo control system for highly efficient vibration suppression. The vibration suppression functionality will be described below with particular reference to the lateral position control in the servo system.

Der Gehäuse- und der Stellglied-Beschleunigungsmesser 8, 9 sind am Gehäuse bzw. dem Stellglied so angeordnet, dass sie Vibrationen in Richtung der Querbewegung des Kopfs 6 erkennen. In dieser bestimmten Ausführungsform handelt es sich bei den Beschleunigungsmessern 8, 9 um im Nanometerbereich arbeitende MEMS-(mikro-elektromechanische Systeme-)Beschleunigungsmesser mit digitalem Ausgang, die einen dreidimensionalen Betrieb bereitstellen, der sensorische Achsen in drei zueinander rechtwinkeligen Richtungen bereitstellt. Der Gehäuse-Beschleunigungsmesser 8 befindet auf dem Laufwerkgehäuse 2 im Bereich des Kopfs 6, wie in 1 angegeben, damit er Vibrationen des Gehäuses erkennt, die auf den Kopfs übertragen werden. Das Ausgangssignal des Gehäuse-Beschleunigungsmessers 8 stellt somit ein gutes Maß der einwirkenden Vibrationen bereit, die sich auf das Laufwerkgehäuse in der Nähe der Kopfposition ausbreiten. Der Stellglied-Beschleunigungsmesser 9 ist an das Stellglied 7 so angebracht, dass er die Vibrationen des Stellglieds erkennt, die auf den Kopf übertragen werden. Dieser Beschleunigungsmesser ist zwar zur Vereinfachung der Darstellung in 1 über dem Stellglied 7 dargestellt, er ist jedoch vorzugsweise unten an dem Feinstellglied-Mechanismus des Querposition-Stellglieds in diesem Beispiel angebracht. Das Ausgangssignal des Stellglied-Beschleunigungsmessers 9 stellt somit ein gutes Maß der Gesamtvibrationen bereit, die auf das Stellglied einwirken und die sich auf den Kopf ausbreiten.The housing and actuator accelerometer 8th . 9 are arranged on the housing or the actuator so that they are vibrations in the direction of the transverse movement of the head 6 detect. In this particular embodiment, the accelerometers are 8th . 9 nanoscale MEMS (micro-electro-mechanical systems) digital output accelerometers that provide three-dimensional operation that provides sensory axes in three mutually perpendicular directions. The housing accelerometer 8th located on the drive cage 2 in the area of the head 6 , as in 1 indicated so that it detects vibrations of the housing, which are transmitted to the head. The output of the housing accelerometer 8th thus provides a good measure of the applied vibrations that propagate to the drive cage near the head position. The actuator accelerometer 9 is to the actuator 7 placed so that it detects the vibrations of the actuator, which are transmitted to the head. Although this accelerometer is to simplify the illustration in 1 above the actuator 7 however, it is preferably attached to the bottom of the fine actuator mechanism of the transverse position actuator in this example. The output signal of the actuator accelerometer 9 thus provides a good measure of the total vibration acting on the actuator and spreading to the head.

Um die Vibrationswirkungen im Laufwerk 1 zu veranschaulichen, zeigt 6a ein Schaubild der Beschleunigungs-Leistungsspektraldichte (power spectral density, PSD) über der Frequenz auf der Grundlage von Beschleunigungsmesser-Messungen in einem beispielhaften Laufwerk 1. Das Laufwerk war auf einen Rütteltisch montiert, der angetrieben wurde, um das Laufwerk 1 in Vibration zu versetzen, auf welchem ein weiterer Beschleunigungsmesser montiert war, um die einwirkenden Vibrationen zu messen. Die drei Kurven in 6a entsprechen Messungen von dem Rütteltisch-Beschleunigungsmesser („Rütteltisch”), dem Gehäuse-Beschleunigungsmesser 8 („Laufwerk”) und dem Stellglied-Beschleunigungsmesser 9 („Stellglied”). Es ist zu sehen, dass der Gehäuse-Beschleunigungsmesser 8 gut die einwirkenden Vibrationen misst, die bei Frequenzen bis ungefähr 100 Hz stark ausgeprägt sind. Der Stellglied-Beschleunigungsmesser 9 misst auch die zusätzlichen Wirkungen auf das Stellglied, die durch die oben erörterte Kopplung zwischen dem Schräglauf- und dem Querposition-Freiheitsgrad bedingt sind. Die Wirkung dieser Vibrationskopplung wird wie in 6b veranschaulicht auch im Positionsfehlersignal-(PES-)Spektrum bei 100 bis 200 Hz sichtbar.To the vibration effects in the drive 1 to illustrate shows 6a FIG. 5 is a graph of power spectral density (PSD) versus frequency based on accelerometer measurements in an exemplary drive. FIG 1 , The drive was Mounted on a vibrating table that was propelled to the drive 1 to vibrate on which another accelerometer was mounted to measure the applied vibrations. The three curves in 6a are measurements from the vibrating table accelerometer ("vibrating table"), the casing accelerometer 8th ("Drive") and the actuator accelerometer 9 ( "Actuator"). It can be seen that the housing accelerometer 8th good measures the acting vibrations, which are pronounced at frequencies up to about 100 Hz. The actuator accelerometer 9 also measures the additional effects on the actuator caused by the coupling discussed above between the skew and the lateral position degrees of freedom. The effect of this vibration coupling is as in 6b also visualizes in position error signal (PES) spectrum at 100 to 200 Hz.

Die Servosteuereinheit im Laufwerk 1 verarbeitet die Signale vom Gehäuse- und vom Stellglied-Beschleunigungsmesser 8, 9 um eine Vibrationssteuerung bereitzustellen, die den oben beschriebenen Kopplungswirkungen Rechnung trägt. 7 ist ein schematisches Blockschaubild, welches das Querposition-Steuerungssystem 30 unter Vibrationsbedingungen kennzeichnet, wobei die Form der Querposition-(TP-)Steuereinheit gezeigt wird, die in der Servosteuereinheit 12 von 3 verwendet wird. Die TP-Steuereinheit, die allgemein in 31 gezeigt ist, weist eine Vorwärtssteuerungslogik zum Umsetzen eines kombinierten Konzepts einer Vorwärtssteuerung auf, das den Kopplungswirkungen Rechnung trägt. Die TP-Steuereinheit 31 erzeugt ein Querposition-Steuersignal uy zum Steuern einer Bewegung des Kopfs in Querrichtung durch das Stellglied 7, wie oben beschrieben. Die TP-Steuereinheit enthält den Funktionsblock 33 mit der Übertragungsfunktion Ky, welche die grundlegende Querpositionsteuerung als Antwort auf das Positionsfehlersignal PES umsetzt, wie bereits für 4 beschrieben. Die Steuereinheit 31 enthält zwei weitere Funktionsblöcke 34 und 35 mit den Übertragungsfunktionen KFFv bzw. KFFc. Block 34 berücksichtigt als Eingabe das Beschleunigungssignal aD, das vom Beschleunigungsmesser 8 ausgegeben wird, und wendet eine erste Korrektur auf das Steuersignal uy in Abhängigkeit vom Signal aD an. Block 35 berücksichtigt als Eingabe ein Kopplungssignal aC und wendet eine zweite Korrektur auf das Steuersignal uy in Abhängigkeit von diesem Kopplungssignal an. Das Kopplungssignal aC wird von der Steuereinheit 31 abgeleitet und zeigt die Kopplung zwischen dem Schräglauf- und dem Querposition-Freiheitsgrad an. Insbesondere empfängt die Steuereinheit 31 von dem Stellglied-Beschleunigungsmesser 9 sowohl das Beschleunigungssignal aD als auch das Beschleunigungssignal aA und leitet das Kopplungssignal aC in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den beiden Beschleunigungssignalen ab. In diesem einfachen Beispiel wird das Kopplungssignal aC durch eine direkte Subtraktion des Gehäuse-Beschleunigungsmessersignals aD von dem Stellglied-Beschleunigungsmessersignal aA erzeugt. 8 stellt die Beschleunigung über dem Frequenzspektrum dar, die den Signalen aA, aD und aC auf der Grundlage von Messungen an einem beispielhaften Laufwerk 1 entspricht. Das sich daraus ergebende Kopplungssignal aC stellt ein gutes Maß für die Wirkung der Vibrationskopplung auf das Stellglied und den Kopf bedingt durch die Schräglauf/Querposition-Kopplung bereit. Die Steuereinheit 31 steuert das Stellglied 7 somit in Abhängigkeit von dem Kopplungssignal aC und dem Gehäuse-Beschleunigungssignal aD sowie dem Positionsfehlersignal PES.The servo control unit in the drive 1 processes the signals from the housing and actuator accelerometer 8th . 9 to provide a vibration control that accommodates the coupling effects described above. 7 Figure 3 is a schematic block diagram illustrating the lateral position control system 30 under vibration conditions, showing the shape of the lateral position (TP) control unit incorporated in the servo control unit 12 from 3 is used. The TP control unit commonly used in 31 3, has feedforward logic for implementing a combined concept of feedforward that accommodates the coupling effects. The TP control unit 31 generates a lateral position control signal u y for controlling a movement of the head in the transverse direction by the actuator 7 , as described above. The TP control unit contains the function block 33 with the transfer function K y , which converts the basic lateral position control in response to the position error signal PES, as already for 4 described. The control unit 31 contains two more function blocks 34 and 35 with the transfer functions K FFv or K FFc . block 34 takes as input the acceleration signal a D , that of the accelerometer 8th is output, and applies a first correction to the control signal u y in response to the signal a D. block 35 takes as input a coupling signal a C and applies a second correction to the control signal u y in response to this coupling signal. The coupling signal a C is from the control unit 31 and indicates the coupling between the skew and the lateral position degrees of freedom. In particular, the control unit receives 31 from the actuator accelerometer 9 both the acceleration signal a D and the acceleration signal a A and derives the coupling signal a C in dependence on the difference between the two acceleration signals. In this simple example, the coupling signal a is C is generated by a direct subtraction of the housing accelerometer signal a D by the actuator accelerometer signal A a. 8th represents the acceleration over the frequency spectrum corresponding to the signals a A , a D and a C based on measurements on an exemplary drive 1 equivalent. The resulting coupling signal a C provides a good measure of the effect of vibratory coupling on the actuator and head due to skew / cross position coupling. The control unit 31 controls the actuator 7 thus in dependence on the coupling signal a C and the housing acceleration signal a D and the position error signal PES.

Die Eigenschaften des Stellglieds 7 in dem TP-Steuerungssystem 30 sind in 7 durch die Blöcke 37, 38 und 39 mit den Übertragungsfunktionen Gyy, Gya bzw. Gysa dargestellt. Gyy stellt die grundlegende Übertragungsfunktion des TP-Stellglieds 21 als Antwort auf das Querposition-Steuersignal uy dar. Gya stellt die Übertragungsfunktion des TP-Stellglieds 21 als Antwort auf die einwirkenden Vibrationen dar, wie sie durch das Beschleunigungsmessersignal aD gemessen werden. Dies führt zur Justierung da der Querposition-Ausgabe yG von Block 37. Gysa stellt die Übertragungsfunktion des TP-Stellglieds 21 als Antwort auf die durch das Kopplungssignal ac dargestellte Wirkung der Vibrationskopplung dar. Dies ergibt die Justierung dc der Ausgabe yG von Block 37. Die sich daraus ergebende Position y ist einer weiteren Störung dLTM ausgesetzt, die durch die seitliche Bandbewegung bedingt ist, um die endgültige Querposition des Kopfs im Verhältnis zum Band anzugeben.The properties of the actuator 7 in the TP control system 30 are in 7 through the blocks 37 . 38 and 39 represented by the transfer functions G yy , G ya and G ysa . G yy represents the basic transfer function of the TP actuator 21 in response to the lateral position control signal u y represents. G ya represents the transfer function of the TP-actuator 21 in response to the applied vibrations as measured by the accelerometer signal a D. This results in adjustment because of the lateral position output y G of block 37 , G ysa represents the transfer function of the TP actuator 21 in response to the effect of the vibration coupling represented by the coupling signal a c . This results in the adjustment d c of the output y G of block 37 , The resulting position y is subject to another perturbation d LTM caused by the lateral belt movement to indicate the final transverse position of the head relative to the belt.

Die Vorwärtsführungs-Logikblöcke 34 und 35 der Steuereinheit 31 sind so ausgestaltet, dass sie den Folgen der einwirkenden Vibrationen und der Vibrationskopplung entgegenwirken. Zum Ableiten der Funktionen KFFv und KFFc können die Übertragungsfunktionen Gyy, Gya und Gysa der Stellgliedblöcke 37, 38 und 39 genutzt werden. Diese Übertragungsfunktionen können auf der Grundlage von Messungen innerhalb des Laufwerks geschätzt werden. Die Blöcke 34 und 35 der Steuereinheit können dann auf der Grundlage des Modells der Übertragungsfunktionen ausgestaltet werden, die mit einem geforderten Genauigkeitsgrad, beispielsweise KFFv = –Gyy –1Gya, erhalten werden. Im Allgemeinen könnten die Logikfunktionsblöcke der Steuereinheit 31 als Software oder Hardware oder als Kombination davon umgesetzt werden, beispielsweise über eine Kombination von Software und digitalen Schaltungen. Geeignete Umsetzungen werden für den Fachmann ohne Weiteres ersichtlich sein. Digitale Schaltkreise, die beispielsweise auf einer Digitalfilterschaltung einer allgemein bekannten Form beruhen, könne ohne Weiteres zum Umsetzen einer gewünschten Übertragungsfunktion ausgestaltet werden.The feedforward logic blocks 34 and 35 the control unit 31 are designed to counteract the effects of applied vibration and vibration coupling. For deriving the functions K FFv and K FFc , the transfer functions G yy , G ya and G ysa of the actuator blocks 37 . 38 and 39 be used. These transfer functions can be estimated based on measurements within the drive. The blocks 34 and 35 the control unit can be configured then on the basis of the model of transfer functions that are at a required degree of accuracy, for example, K FFv = -G G yy -1 ya obtained. In general, the logic function blocks of the control unit could 31 be implemented as software or hardware or as a combination thereof, for example via a combination of software and digital circuits. Suitable reactions will be readily apparent to those skilled in the art. Digital circuits, for example, based on a digital filter circuit of a well-known form, can be readily configured to implement a desired transfer function.

In einer grundlegenden Umsetzung der Steuereinheit 31 können die Vorwärtssteuerungsblöcke 34 und 35 einfach als Verstärker mit fester Verstärkung umgesetzt werden. 9 veranschaulicht Ergebnisse für eine solche Umsetzung, bei der die Übertragungsfunktionen KFFv = –1 und KFFc = +1 verwendet werden. Die drei in dieser Figur dargestellten Kurven vergleichen das in drei unterschiedlichen Steuerungsszenarios erhaltene PES-Spektrum. Die mit „mit FF2” beschriftete Kurve gibt die Ergebnisse an, die unter Verwendung der Steuereinheit 31 mit KFFv = –1 und KFFc = +1 erhalten wurden. Die mit „mit FF1” beschriftete Kurve gibt die Ergebnisse an, die nur mit Block 34 für die Vorwärtssteuerung in der Steuereinheit 31 erhalten wurden, d. h. unter Ausschluss des von Block 35 umgesetzten Kopplungsterms (KFFv = –1 und KFFc = 0). Die mit „ohne FF” beschriftete Kurve gibt die Ergebnisse ohne Vorwärtssteuerung an (KFFv = 0 und KFFc = 0). Die Standardabweichung des Positionsfehlersignals in jedem Fall ist wie folgt: ohne FF 194 nm mit FF1 186 nm mit FF2 155 nm. In a basic implementation of the control unit 31 can the feedforward blocks 34 and 35 simply be implemented as a fixed gain amplifier. 9 illustrates results for such a conversion using the transfer functions K FFv = -1 and K FFc = +1. The three curves shown in this figure compare the PES spectrum obtained in three different control scenarios. The curve labeled "FF2" indicates the results obtained using the control unit 31 with K FFv = -1 and K FFc = +1. The curve marked "FF1" indicates the results that are only available with Block 34 for the forward control in the control unit 31 were received, ie excluding the block 35 converted coupling term (K FFv = -1 and K FFc = 0). The curve labeled "without FF" indicates the results without feedforward control (K FFv = 0 and K FFc = 0). The standard deviation of the position error signal in each case is as follows: without FF 194 nm with FF1 186 nm with FF2 155 nm.

Es ist zu sehen, dass selbst bei einer so einfachen Umsetzung der Terme KFFv und KFFc durch eine Berücksichtigung der Kopplung zwischen dem Schräglauf- und dem Querposition-Freiheitsgrad das Konzept der kombinierten Vorwärtssteuerung der Steuereinheit 31 eine wesentliche Verbesserung der PES-Funktion bereitstellt. Komplexere Umsetzungen der Steuerblöcke 34 und 35 können nach Bedarf ausgestaltet werden, um ein gewünschtes Funktionsniveau bereitzustellen. Im Allgemeinen kann jedoch eine verbesserte Funktion hinsichtlich der Standardabweichung des PES-Signals sowie hinsichtlich der Verringerung von PES-Spitzenwerten erwartet werden, die zu einem Abbruch von Lese/Schreib-Vorgängen führen können.It can be seen that, even with such a simple implementation of the terms K FFv and K FFc, by taking into account the coupling between the skew and the lateral position degrees of freedom, the concept of the combined feedforward control of the control unit 31 provides a significant improvement in the PES function. More complex implementations of control blocks 34 and 35 can be configured as needed to provide a desired level of performance. In general, however, an improved function can be expected in terms of the standard deviation of the PES signal, as well as the reduction of peak PES, which can lead to an abort of read / write operations.

Beim Betrieb wurde der Schwerpunkt zwar auf die obige Steuerung der Querposition gelegt, das kombinierte Vorwärtssteuerungssystem kann aber auch in gleicher Weise für die Schräglaufdimension umgesetzt werden, um die Auswirkungen der Vibrationskopplung auf das Schräglauf-Steuerungssystem zu berücksichtigen. In einer solchen Ausführungsform kann beispielsweise eine Sensorachse der Beschleunigungsmesser 8, 9 genutzt werden, um die Vibrationen in Querrichtung zu erkennen, wobei die beiden weiteren Achsen zum Erkennen von Drehbewegungen genutzt werden. Alternativ könnten zusätzliche Beschleunigungsmesser für die Rotationsmessungen genutzt werden. Einige Beispiele weiterer möglicher Alternativen und Abwandlungen werden weiter unten angegeben.While in operation the emphasis has been placed on the above transverse position control, the combined feedforward control system may also be implemented in the same manner for the skew dimension to take into account the effects of the vibratory coupling on the skew control system. In such an embodiment, for example, a sensor axis of the accelerometer 8th . 9 be used to detect the vibrations in the transverse direction, the two other axes are used to detect rotational movements. Alternatively, additional accelerometers could be used for the rotation measurements. Some examples of other possible alternatives and modifications are given below.

Zum Ableiten des obigen Kopplungssignals wird zwar eine direkte Subtraktion der Beschleunigungsmessersignale verwendet, im Allgemeinen könnte das Kopplungssignal aber nach dem Verarbeiten der Gehäuse- und Stellgliedsignale in irgendeiner Weise abgeleitet werden, beispielsweise nach einem Gewichten durch Anwenden bestimmter Verstärkungen auf die Signale oder nach einem Mittelungsverfahren, wenn mehrere Signale von zusätzlichen Beschleunigungsmessern verfügbar sind.Although a direct subtraction of the accelerometer signals is used to derive the above coupling signal, in general the coupling signal could be derived after processing the housing and actuator signals in any way, for example after weighting by applying certain gains to the signals or after an averaging process, when multiple signals from additional accelerometers are available.

In der bevorzugten Ausführungsform werden zwar MEMS-Beschleunigungsmesser verwendet, im Allgemeinen könnten aber auch andere Sensoren verwendet werden, um Signale bereitzustellen, die die zu messenden Vibrationen anzeigen. Wenn in das Stellgliedsystem beispielsweise eine in einem Magnetfeld bewegliche Schwingspule eingebaut ist, verursacht die vibrationsbedingte Bewegung der Spule eine in der Spule zu induzierende Gegen-EMK, und diese könnte als Messgröße für die Vibrationen erkannt werden.Although MEMS accelerometers are used in the preferred embodiment, other sensors could generally be used to provide signals indicative of the vibrations to be measured. For example, if a voice coil movable in a magnetic field is incorporated in the actuator system, the vibration induced movement of the coil causes back EMF to be induced in the coil, and this could be recognized as a measure of the vibration.

Eine Umsetzung wurde zwar für ein Bandlaufwerk beschrieben, doch das System der kombinierten Vorwärtssteuerung kann selbstverständlich auch auf andere Speichereinheiten angewendet werden, beispielsweise auf Plattenlaufwerke, wo ähnliche Erwägungen Anwendung finden. Systeme mit mehr als zwei Freiheitsgraden und zusätzlichen Kopplungswirkungen können zusätzliche Sensoren verwenden, und zusätzliche Kopplungssignale können abgeleitet und von dem Steuerungssystem verwendet werden. Im Allgemeinen können die Anzahl und die Positionierung von Sensoren, die in einem bestimmten System verwendet werden, von der jeweiligen Art und der Ausgestaltung der Speichereinheit, des Speichermediums, des Kopfs und des Stellgliedsystems abhängen, und die jeweilige Art und Weise, in der die Gehäuse- und Stellglied-Sensorsignale verarbeitet werden, um das eine oder mehrere gewünschte Kopplungssignal(e) abzuleiten, kann dementsprechend unterschiedlich sein. Geeignete Umsetzungen für ein bestimmtes System werden für den Fachmann ersichtlich sein.While implementation has been described for a tape drive, the combined feedforward control system can of course be applied to other storage devices, such as disk drives, where similar considerations apply. Systems with more than two degrees of freedom and additional coupling effects may use additional sensors, and additional coupling signals may be derived and used by the control system. In general, the number and positioning of sensors used in a particular system may depend on the particular type and configuration of the memory unit, the storage medium, the head, and the actuator system, and the particular manner in which the housings and actuator sensor signals may be processed to derive the one or more desired coupling signals (e) may be accordingly different. Suitable reactions for a particular system will be apparent to those skilled in the art.

Es versteht sich, dass viele weitere Änderungen und Abwandlungen an den beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.It is understood that many other changes and modifications may be made to the described exemplary embodiments without departing from the scope of the invention.

Claims (14)

Datenspeichereinheit, die aufweist: ein Gehäuse (2) der Einheit; einen Lese/Schreib-Kopf (6) zum Lesen und Schreiben von Daten auf einer Datenspur (10) eines Speichermediums (5), das im Gebrauch von dem Gehäuse (2) der Einheit getragen wird; ein am Gehäuse (2) der Einheit angebrachtes Stellgliedsystem (7) zum Bewirken einer Bewegung des Lese/Schreib-Kopfs (6) im Verhältnis zur Datenspur (10), um den Kopf an der Datenspur auszurichten, wobei das Stellgliedsystem (7) eine Vielzahl von Freiheitsgraden zum Bewirken der Bewegung aufweist; eine Steuereinheit (12) zum Steuern des Stellgliedsystems (7), um die Bewegung zu bewirken; mindestens einen am Gehäuse (2) der Einheit bereitgestellten Gehäuse-Vibrationssensor (8), um ein Signal zu erzeugen, das Vibrationen des Gehäuses anzeigt; und mindestens einen am Stellgliedsystem (7) bereitgestellten Stellgliedsystem-Vibrationssensor (9), um ein Signal zu erzeugen, das Vibrationen des Stellgliedsystems anzeigt; wobei die Steuereinheit (12) angepasst ist, die Signale von dem Gehäuse- und dem Stellglied-Vibrationssensor (8, 9) zu verarbeiten, um mindestens ein Kopplungssignal abzuleiten, das die Vibrationskopplung zwischen den Freiheitsgraden angibt, und um das Stellgliedsystem (7) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Kopplungssignal und dem Signal von dem mindestens einen Gehäuse-Vibrationssensor (8) zu steuern.A data storage unit comprising: a housing ( 2 ) the unit; a read / write head ( 6 ) for reading and writing data on a data track ( 10 ) of a storage medium ( 5 ), which in use of the housing ( 2 ) of the unit is worn; one on the housing ( 2 ) of the unit attached actuator system ( 7 ) for causing a movement of the read / write head ( 6 ) in relation to the data track ( 10 ) to align the head to the data track, with the actuator system ( 7 ) has a plurality of degrees of freedom for effecting the movement; a control unit ( 12 ) for controlling the actuator system ( 7 ) to effect the movement; at least one on the housing ( 2 ) of the unit provided housing vibration sensor ( 8th ) to generate a signal indicative of vibrations of the housing; and at least one on the actuator system ( 7 ) provided actuator system vibration sensor ( 9 ) to generate a signal indicative of vibrations of the actuator system; the control unit ( 12 ), the signals from the housing and the actuator vibration sensor ( 8th . 9 ) to derive at least one coupling signal indicative of the vibratory coupling between the degrees of freedom, and about the actuator system ( 7 ) in dependence on the at least one coupling signal and the signal from the at least one housing vibration sensor ( 8th ) to control. Einheit nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (12) angepasst ist, das Kopplungssignal in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Signal von einem Stellglied-Vibrationssensor (9) und dem Signal von einem Gehäuse-Vibrationssensor (8) abzuleiten.A unit according to claim 1, wherein the control unit ( 12 ) is adapted to the coupling signal in dependence on the difference between the signal from an actuator vibration sensor ( 9 ) and the signal from a housing vibration sensor ( 8th ). Einheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (12) eine Vorwärtssteuerungslogik (31) zum Erzeugen eines Steuersignals (uy) zum Steuern des Stellgliedsystems (7) aufweist, wobei die Steuerungslogik (31) angepasst ist, eine erste Korrektur auf das Steuersignal abhängig von dem Signal von einem Gehäuse-Vibrationssensor (8) und eine zweite Korrektur auf das Steuersignal abhängig von einem Kopplungssignal (ac) anzuwenden.A unit according to claim 1 or claim 2, wherein the control unit ( 12 ) a feed-forward logic ( 31 ) (For generating a control signal u y) (for controlling the actuator system 7 ), the control logic ( 31 ), a first correction to the control signal in response to the signal from a housing vibration sensor ( 8th ) and apply a second correction to the control signal in response to a coupling signal (a c ). Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lese/Schreib-Kopf (6) an das Stellgliedsystem (7) angebracht ist.Unit according to one of the preceding claims, wherein the read / write head ( 6 ) to the actuator system ( 7 ) is attached. Einheit nach Anspruch 4, die einen ersten Vibrationssensor (9) aufweist, der so angeordnet ist, dass er die Vibrationen des Stellgliedsystems (7) erkennt, die auf den Kopf übertragen wird (6).Unit according to claim 4, comprising a first vibration sensor ( 9 ) arranged to absorb the vibrations of the actuator system ( 7 ), which is transmitted upside down ( 6 ). Einheit nach Anspruch 5, die einen ersten Gehäuse-Vibrationssensor (8) aufweist, der sich am Gehäuse (2) im Bereich des Kopfs (6) befindet, um die Vibrationen des Gehäuses zu erkennen, die auf den Kopf übertragen werden.A unit according to claim 5, including a first housing vibration sensor ( 8th ) located on the housing ( 2 ) in the area of the head ( 6 ) to detect the vibrations of the housing being transferred to the head. Einheit nach Anspruch 6, wobei es sich bei der Einheit um ein Bandlaufwerk handelt und das Stellgliedsystem angepasst ist, eine Translationsbewegung des Kopfes (6) in einer Querrichtung im Verhältnis zu der in Längsrichtung verlaufenden Datenspur (10) auf dem Band (5) und eine Drehbewegung des Kopfes (6) im Verhältnis zu der Datenspur (10) zu bewirken, um dem Schräglauf zwischen dem Kopf und dem Band entgegenzuwirken.A unit according to claim 6, wherein the unit is a tape drive and the actuator system is adapted to translate the head ( 6 ) in a transverse direction relative to the longitudinal data track (US Pat. 10 ) on the tape ( 5 ) and a rotary motion of the head ( 6 ) in relation to the data track ( 10 ) to counteract the skew between the head and the belt. Einheit nach Anspruch 7, wobei das Stellgliedsystem (7) angepasst ist, den Kopf (6) zu bewegen, um sowohl die Translationsbewegung als auch die Drehbewegung zu bewirken.A unit according to claim 7, wherein the actuator system ( 7 ), the head ( 6 ) to cause both the translational movement and the rotational movement. Einheit nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei der erste Stellglied-Vibrationssensor (9) und der erste Gehäuse-Vibrationssensor (8) so angeordnet sind, dass sie Vibrationen in der Querrichtung erkennen.A unit according to claim 7 or claim 8, wherein the first actuator vibration sensor ( 9 ) and the first housing vibration sensor ( 8th ) are arranged to detect vibrations in the transverse direction. Einheit nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit (12) angepasst ist, ein erstes Kopplungssignal (ac) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Signalen von dem ersten Stellglied-Vibrationssensor (9) und dem ersten Gehäuse-Vibrationssensor (8) abzuleiten.Unit according to claim 9, wherein the control unit ( 12 ) is adapted, a first coupling signal (a c ) in dependence on the difference between the signals from the first actuator vibration sensor ( 9 ) and the first housing vibration sensor ( 8th ). Einheit nach Anspruch 10, wobei die Steuereinheit (12) angepasst ist, das erste Kopplungssignal (ac) durch Subtrahieren des Signals von dem ersten Gehäuse-Vibrationssensor (8) von dem Signal von dem ersten Stellglied-Vibrationssensor (9) abzuleiten.A unit according to claim 10, wherein the control unit ( 12 ), the first coupling signal (a c ) by subtracting the signal from the first housing vibration sensor ( 8th ) from the signal from the first actuator vibration sensor ( 9 ). Einheit nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei die Steuereinheit (12) eine Vorwärtssteuerungslogik (31) zum Erzeugen eines Querposition-Steuersignals (uy) zum Steuern der Bewegung in der Querrichtung durch das Stellgliedsystems (7) aufweist, wobei die Steuerungslogik (31) angepasst ist, eine erste Korrektur auf das Querposition-Steuersignal (uy) abhängig von dem Signal von dem ersten Gehäuse-Vibrationssensor (8) und eine zweite Korrektur auf das Querposition-Steuersignal (uy) abhängig von dem ersten Kopplungssignal (ac) anzuwenden.A unit according to claim 10 or claim 11, wherein the control unit ( 12 ) a feed-forward logic ( 31 ) for generating a lateral position control signal (u y ) for controlling the movement in the transverse direction by the actuator system ( 7 ), the control logic ( 31 ), a first correction to the lateral position control signal (u y ) depending on the signal from the first housing vibration sensor ( 8th ) and apply a second correction to the lateral position control signal (u y ) in response to the first coupling signal (a c ). Einheit nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei der erste Stellglied-Vibrationssensor (9) einen Beschleunigungsmesser zum Erzeugen eines Signals aufweist, das eine Beschleunigung anzeigt.A unit according to any one of claims 5 to 12, wherein the first actuator vibration sensor ( 9 ) one Accelerometer for generating a signal indicative of acceleration. Einheit nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei der erste Gehäuse-Vibrationssensor (8) einen Beschleunigungsmesser zum Erzeugen eines Signals aufweist, das eine Beschleunigung anzeigt.A unit according to any one of claims 6 to 13, wherein the first housing vibration sensor ( 8th ) has an accelerometer for generating a signal indicative of acceleration.
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